Il est connu que l'on peut réduire le taux d'oxydes d'azote polluants (NOx) émis par un moteur à combustion interne en ramenant une partie des gaz d'échappement dans la canalisation d'admission au moyen d'une soupape placée sur une branche du collecteur d'échappement, cette soupape étant pilotée par un calculateur.

Il est également connu, notamment par la demande de brevet WO 95/14853, d'utiliser, dans un moteur mécaniquement suralimenté, l'onde de pression des gaz d'échappement pour effectuer une autosuralimentation par effet de post-remplissage. Un tel moteur est suralimenté par un compresseur entraîné par une turbine traversée par les gaz d'échappement, la turbine jouant le rôle d'une restriction sur l'échappement pour permettre à l'onde de pression de réaliser le post- remplissage.

La présente invention a pour objet un moteur muni de moyens permettant de réaliser à la fois une recirculation de gaz d'échappement et une auto-suralimentation au moyen de l'onde de pression des gaz d'échappement et cela dans un moteur thermique dépourvu de moyens mécaniques de suralimentation.

La présente invention a, en conséquence, pour objet, un moteur à combustion interne dépourvu de moyens mécaniques de suralimentation comportant n cylindres munis chacun d'un piston à mouvement alternatif de translation, chaque cylindre étant équipé de q soupapes d'échappement et r soupapes d'admission, q et r étant des entiers supérieurs ou égaux à 1, éventuellement différents d'un cylindre à l'autre, chaque cylindre ayant, dans un cycle de fonctionnement, un remplissage d'air et de carburant, une combustion avec détente subséquente fournissant l'énergie délivrée par le moteur et un échappement pour évacuer les gaz brûlés, les soupapes d'échappement de n cylindres étant reliées à p branches de collecteur d'échappement de sorte que, sur une mme branche de collecteur, on relie n'cylindres

avec n'< n et p < n, caractérisé par le fait que chaque branche de collecteur d'échappement est reliée à la sortie des gaz d'échappement par un organe d'obturation et est relié à l'atmosphère par au moins une soupape de mise à l'air libre et que chaque cylindre du moteur comporte, sur une partie de son cycle de fonctionnement, trois phases successives (pi, (p2,93, les n'groupes de trois phases de 1'ensemble des n'cylindres reliés à une mme branche de collecteur recouvrant la totalité d'un cycle de fonctionnement du moteur, lesdites trois phases étant, pour un cylindre C, définies comme suit : -dans la première phase (p l, au moins une soupape d'échappement et au moins une soupape d'admission sont ouvertes, au moins une soupape de mise à l'air libre est ouverte sur la branche de collecteur reliée à C, l'organe d'obturation de ladite branche de collecteur est fermé, le piston du cylindre C se déplace en direction de son point mort bas pour assurer le remplissage de son cylindre ; -dans la deuxième phase (p2, ledit organe d'obutration est fermé ainsi que la (ou les) soupape (s) de mise à l'air libre de ladite branche de collecteur, toutes les soupapes d'admission sont fermées, au moins une soupape d'échappement est ouverte ; au moins un autre cylindre C' parmi les n'de la mme branche de collecteur comporte au moins une soupape d'échappement ouverte et se trouve dans sa phase de vidage des gaz d'échappement, son piston remontant vers son point mort haut, l'onde de pression, qui, dans ladite branche de collecteur, vient du cylindre C'en échappement, poussant de l'air et éventuellement des gaz brûlés dans le cylindre C, qui n'est pas en échappement ; -dans la troisième phase (p3, ledit organe d'obturation est ouvert, la (ou les) soupape (s) de mise à l'air libre est (ou sont) fermée (s), les soupapes d'échappement et d'admission du cylindre C sont fermées, le piston du cylindre C remonte vers son point mort haut alors que le cylindre C', relié à la mme branche de collecteur, a au moins une de ses soupapes d'échappement ouverte, toutes ses soupapes d'admission étant fermées, la remontée du piston du cylindre C'vers son point mort haut entraînant le vidage de ses gaz brûlés à travers l'organe d'obturation ; après quoi le cylindre C, en cours de compression, passe en phase de combustion, son piston étant alors repoussé, par détente des gaz brûlés,

vers son point mort bas jusqu'à revenir au début de la phase cpl de son cycle.

Avantageusement, le moteur selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte : au moins une branche de collecteur d'échappement reliant au moins deux cylindres associés dans lesquels les pistons effectuent le mme mouvement vers le point mort haut ou vers le point mort bas ; ladite branche de collecteur d'échappement étant, d'une part, munie d'au moins une soupape de mise à l'air libre pilotée par tout moyen approprié et, d'autre part, reliée à la tubulure de sortie des gaz d'échappement avec interposition d'un organe d'obturation, également piloté par tout moyen approprié ; les soupapes d'admission, d'échappement et de mise à l'air libre et les organes d'obturation étant commandés en synchronisme de façon qu'il se produise dans le moteur : aspiration d'air par la soupape d'admission d'un cylindre exécutant le temps d'admission ; aspiration par la soupape d'échappement dudit cylindre des gaz d'échappement se trouvant dans la branche du collecteur associé au cylindre avec entrée d'air dans ladite branche par la soupape de mise à l'air libre ; puis poussée dans ledit cylindre à travers ladite soupape d'échappement de l'air précédemment admis dans la branche de collecteur par la soupape de mise à l'air libre, par l'effet de bouffée de pression des gaz brûlés d'un autre cylindre associé, la soupape d'échappement de ce dernier étant ouverte, ce qui réalise une suralimentation ; enfin évacuation du reste des gaz brûlés du cylindre associé vers le collecteur d'échappement à travers l'organe d'obturation mis en position ouverte.

De préférence, le moteur selon l'invention est un moteur à quatre cylindres fonctionnant en cycle à quatre temps, lesdits cylindres étant synchronisés selon le système 1,3,4,2, ledit moteur comportant deux branches de collecteur associant chacune une paire de cylindres, chaque branche de collecteur comportant au moins une soupape de mise à l'air libre et étant reliée à l'évacuation des gaz d'échappement avec interposition d'un organe d'obturation de telle sorte qu'au cours du cycle de fonctionnement du moteur, il se produise : a) une aspiration d'air par la (ou les) soupape (s) d'admission du premier cylindre exécutant le temps d'admission ;

b) une aspiration, par la (ou les) soupape (s) d'échappement dudit premier cylindre, des gaz d'échappement se trouvant dans la branche de collecteur d'échappement associée audit premier cylindre, au moins une soupape de mise à l'air libre de ladite branche de collecteur étant ouverte ; c) une aspiration dans ladite branche de collecteur d'échappement d'une certaine quantité d'air ; d) l'ouverture de la (ou les) soupape (s) d'échappement du cylindre avantageusement relié au premier cylindre avec introduction dans la branche de collecteur correspondante d'une onde de pression qui pousse dans le premier cylindre, à travers la (ou les) soupape (s) d'échappement de celui-ci, le gaz se trouvant dans le collecteur d'échappement ; e) une évacuation des gaz d'échappement du cylindre avantageusement relié au premier cylindre, refoulés par le piston dudit cylindre, vers le collecteur de sortie des gaz d'échappement à travers l'organe d'obturation qui se trouve en position d'ouverture ; f) une admission de carburant dans le premier cylindre rempli, d'une part, d'air frais admis par la (ou les) soupape (s) d'admission, d'autre part, d'un supplément d'air frais admis par la (ou les) soupape (s) d'échappement et, enfin, de gaz d'échappement recyclé admis par la (ou les) mme (s) soupape (s) d'échappement ; puis une combustion du mélange air/carburant/gaz recyclé, le piston étant repoussé jusqu'à son point mort bas jusqu' revenir en début de son cycle ; de telle sorte que l'on obtienne une suralimentation et, en mme temps, une recirculation des gaz d'échappement pour diminuer la pollution.

Dans une première variante, l'organe d'obturation B est piloté par tout moyen approprié permettant de déterminer à volonté le moment et la durée de son ouverture et de sa fermeture. Dans une autre variante, l'organe d'obturation comporte un boisseau tournant muni de deux ouvertures séparées par deux zones, associé ou non à un système déphaseur, de telle sorte qu'en déterminant la vitesse de rotation du boisseau et les dimensions des ouvertures, on puisse déterminer à volonté le moment et la durée de son ouverture et de sa fermeture.

Dans encore une autre variante, l'organe d'obturation est un disque en rotation comportant deux paires d'orifices, les orifices des deux paires étant symétriques par rapport à l'axe du disque, mais à des distances différentes de cet axe.

Avantageusement, chaque soupape de mise à l'air libre est pilotée par tout moyen approprié permettant de déterminer le moment et la durée de son ouverture et de sa fermeture. On peut aussi prévoir qu'une soupape de mise à l'air libre soit actionnée à l'ouverture par la dépression régnant dans la branche du collecteur d'échappement, sur laquelle elle se trouve.

Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé.

Sur ce dessin : -les figures 1 à 3 représentent, de façon schématique, deux cylindres d'un moteur à combustion interne à injection comportant quatre cylindres et fonctionnant selon un cycle à quatre temps, les cylindres fonctionnant de façon usuelle dans l'ordre 1,3,4,2, ces trois figures représentant trois phases de fonctionnement successives dudit moteur ; -la figure 4 représente, schématiquement en plan, un moteur selon l'invention du type de celui représenté sur les figures 1 à 3 ; -la figure 5 représente, schématiquement en perspective, un premier mode de réalisation d'un organe d'obturation utilisable pour le moteur de la figure 4 ; -la figure 6 représente, schématiquement en perspective, un deuxième mode de réalisation d'un organe d'obturation utilisable pour le moteur de la figure 4 ; -la figure 7 représente schématiquement l'organe d'obturation de la figure 6 vu selon l'axe de son disque tournant ; -la figure 8 représente les levées L de soupape dans les cylindres 1 et 4 représentés sur les figures 1 à 3, en fonction de l'angle de <BR> <BR> rotation A du villebrequin pendant toute la durée d'un cycle ainsi que les phases d'ouverture et de fermeture de l'organe d'obturation (courbe 20), d'une part, et de la soupape de mise à l'air libre (courbe 30),

d'autre part, les positions d'ouverture et de fermeture pour ces deux courbes étant repérées respectivement par les lettres O et F ; les courbes de levée de soupape pour le cylindre 4 sont représentées à la partie supérieure du graphique, les courbes afférant au cylindre 1 étant disposées au-dessous des précédentes mais au-dessus de la courbe 20 ; les levées de soupape afférent à chacune des soupapes d'admission et d'échappement sont repérées avec indication de la soupape concernée.

Sur les figures 1 à 3, les pistons P1 et P4 des cylindres n° 1 et 4 désignés par les références Cl et C4 effectuent, en parallèle, le mme mouvement de translation soit vers le point mort bas (PMB) à la figure 1, soit vers le point mort haut aux figures 2 et 3.

Sur la figure 4, on voit que les cylindres Cl et C4 sont accouplés l'un à l'autre par une branche de longueur identique de collecteur D alors que les cylindres C2 et C3 sont accouplés l'un à l'autre par une branche de longueur identique de collecteur D'. Les branches de collecteur D et D'sont reliées à un organe d'obturation B, dont la partie mobile est entraînée par le villebrequin du moteur ; cet entraînement est effectué par l'intermédiaire d'une transmission lla, 1 lb, 11c schématisée sous la forme d'un système de poulies et courroies sur la figure 4, l'entraînement s'effectuant également par l'intermédiaire d'un système déphaseur 12, qui permet de décaler l'entraînement de la partie mobile de l'organe d'obturation par rapport au villebrequin. Le moteur est alimenté par un système d'alimentation 13.

Dans la réalisation des figures 1 à 4, les cylindres Cl et C4 sont accouplés l'un à l'autre par une branche de collecteur d'échappement D qui relie les soupapes d'échappement El et E4 des cylindres Cl et C4.

Sur cette branche de collecteur D est disposée une soupape supplémentaire SS de mise à l'air libre, ladite soupape étant pilotée par tout moyen approprié 14. La branche de collecteur D communique avec la tubulure de sortie F des gaz d'échappement par l'intermédiaire de l'organe d'obturation B, lequel est piloté de façon à tre tantôt fermé (voir figures 1 et 2) et tantôt ouvert (voir figure 3).

Dans une première réalisation de l'organe d'obturation B, telle qu'elle apparaît sur la figure 5 et telle qu'elle a été schématisée sur les figures 1 à 4, on réalise un boisseau cylindrique qui comporte un

cylindre fixe dans lequel tourne un cylindre mobile 10 qui comporte deux paires de lumières Bl diamétralement opposées sur le cylindre ; l'une des paires de lumière se déplace au droit de l'arrivée de la branche D et l'autre au droit de l'arrivée de la branche de collecteur D', de sorte que lorsqu'une paire de lumières se trouve en face du débouché d'une branche de collecteur, les gaz d'échappement puissent traverser l'obstacle constitué par le cylindre mobile 10 pour rejoindre, sur une génératrice opposée à celle où sont fixées les branches de collecteur D et D', la tubulure d'échappement F qui doit tre suffisamment large pour pouvoir recevoir les gaz des orifices Bl. Sur la figure 5, les lumières Bl du cylindre mobile 10 sont représentées dans la position où il y a une liaison entre la branche de collecteur D' et la tubulure F de sortie d'échappement. Le cylindre mobile 10 est entraîné en rotation par le dispositif 11 a, 11 b, 11 c, 12 représenté sur la figure 4.

Sur les figures 6 et 7, on a représenté un autre mode de réalisation de l'organe d'obturation B. Dans ce mode de réalisation, les branches de collecteur D et D'débouchent sur la base d'un tronc de cône devant laquelle se déplace en rotation un disque 15 qui comporte deux paires d'orifices B1, les orifices des deux paires étant symétriques par rapport à l'axe du disque 15 mais à des distances différentes de cet axe. L'une des branches de collecteur est reliée à la base du tronc de cône de façon à se trouver sur la trajectoire des orifices B1 de l'une des paires alors que l'autre branche D'de collecteur est reliée à la base du tronc de cône de façon à se trouver en vis-à-vis de la trajectoire de l'autre paire d'orifices Bl. Le disque 15 peut tre entraîné en rotation par un moteur électrique 16 ou par un système tel que celui représenté sur la figure 4.

On voit donc que dans les types de réalisation des figures 5 à 7, on peut commander à volonté l'ouverture et la fermeture de l'organe d'obturation B au cours du cycle de fonctionnement du moteur.

Le fonctionnement du dispositif qui vient d'tre décrit est représenté schématiquement sur les figures 1 à 3 et le déroulement complet du cycle de fonctionnement est représenté sur les courbes de la figure 8. Le fonctionnement comporte trois phases successives (pi, (p2,

(p3. Chaque phase (pi pour le cylindre 1 est désignée par ((pi) 1 alors que chaque phase (pi pour le cylindre 4 est désignée par ((pi) 4.

Pour la simplicité du dessin, on a supposé que chacun des 4 cylindres du moteur comportait une seule soupape d'admission (Aj pour le cylindre de numéro j) et une seule soupape d'échappement (Ej pour le cylindre de numéro j).

Pendant la phase (p 1 -dans le cylindre C1, les deux soupapes A1 et E1 sont ouvertes, le piston P1 est proche du point mort bas et descend en direction de ce point mort ; -dans le cylindre C4, les deux soupapes A4 et E4 sont fermées et le piston P4 a un mouvement identique à celui du piston P1.

Dans le cylindre C4, on a la détente des gaz brûlés et dans le cylindre Cl une aspiration qui fait entrer l'air dans le cylindre par la soupape A1. Mais, simultanément, la soupape d'échappement E1 ayant été ouverte et le système d'obturation étant en position fermée, on aspire dans la tubulure d'échappement, ce qui est possible en raison du fait que la soupape de mise à l'air libre SS est ouverte et permet une entrée d'air. On aspire donc les gaz d'échappement qui restaient dans la tubulure D, ce qui réalise une recirculation des gaz d'échappement communément appelée EGR (Exhaust Gaz Recirculation). L'air vient ensuite mais n'arrive pas forcément jusqu'à la soupape El. L'organe d'obturation B est en position fermée.

Dans la phase (p2, les pistons P1 et P4 des cylindres Cl et C4 ont juste passé le point mort bas et commencent à remonter dans le cylindre. Les soupapes d'admission A1 et A4 se ferment et les deux soupapes d'échappement E1 et E4 sont ouvertes. Dans le cylindre C4, les gaz brûlés, qui se sont détendus en poussant le piston P4, sont encore à une assez haute pression (environ 10 bars pour une faible charge ou 40 bars pour une forte charge, la charge correspondant à une position d'accélérateur). Il y a donc une onde de pression, qui passe par la soupape d'échappement E4 pour aller dans la branche de collecteur D : l'amplitude de cette onde de pression est d'environ 150 millibars à faible charge et 2,5 bars à forte charge. L'onde de pression se déplace vers le cylindre Cl, l'organe d'obturation restant fermé, bien qu'il ait tourné par rapport à la position de la phase (p1. L'onde de pression

repousse dans le cylindre Cl l'air qui se trouve dans la branche de collecteur D et qui était rentré par la soupape SS maintenant fermée ; d'où il résulte une suralimentation du cylindre Cl. L'invention permet donc à la fois, une suralimentation et une réduction de la pollution en oxydes d'azote grâce à l'EGR. On peut fermer la soupape E1 avant que les gaz d'échappement ne rentrent dans le cylindre Cl mais on peut aussi la fermer un peu plus tard pour faire un peu plus d'EGR.

Dans la phase (p3, la soupape SS reste fermée mais le boisseau B s'ouvre. Les soupapes A1 et E1 sont fermées. La soupape A4 est également fermée mais la soupape E4 reste ouverte et le boisseau B est ouvert. Les gaz d'échappement du cylindre C4 traversent le boisseau B et vont à l'échappement F. Le piston P4 assure le vidage du cylindre C4 et le piston P1 assure la compression de l'air introduit dans le cylindre Cl jusqu'à ce que l'on réalise l'injection de carburant ; après quoi, la combustion du mélange s'effectue dans le cylindre Cl, qui est poussé vers le point mort bas jusqu'à atteindre la position qu'avait le cylindre C4 dans la phase (pi précédemment décrite.

Dans l'exemple décrit, l'organe d'obturation B est constitué par un boisseau tournant comportant deux orifices Bl séparés par deux parties pleines B2. Mais cet organe d'obturation pourrait aussi tre constitué par une soupape pilotée ou une vanne pilotée. Les dimensions des parties d'obturation B2 et des parties d'ouverture B 1 ainsi que la vitesse de rotation du boisseau permettent de déterminer à volonté les durées des périodes d'ouverture ou de fermeture. Sur les figures 1 et 2, correspondant aux phases (p 1 et (p2, le boisseau de l'organe d'obturation B est représenté en position fermée ; mais on peut décaler l'ouverture du boisseau par le déphaseur 12 et jouer ainsi sur l'importance de l'EGR. après la suralimentation.

Bien entendu, on peut avoir sur chaque cylindre plusieurs soupapes d'échappement et plusieurs soupapes d'admission. Pour l'admission, toutes les soupapes peuvent tre ouvertes en mme temps.

Par contre, pour l'échappement, sur q soupapes, on peut n'ouvrir, en phase, (pi et (p2 que q'< q et ce, notamment, en vue de ne pas détruire la rotation tourbillonnaire de la charge d'air dans le cylindre, rotation qui est essentielle pour obtenir une bonne combustion et donc, un bon rendement. Dans le système, les soupapes peuvent tre commandées de

façon quelconque, par exemple par un arbre à cames, par des commandes hydrauliques ou électromagnétiques ou pneumatiques, ou par un hybride de ces différentes solutions.

Le système peut fonctionner avec un nombre quelconque n de cylindres (n étant supérieur à 1) et avec un nombre p de branches de collecteur D en reliant n'cylindres sur une branche, avec n'< n et p < n. Il faut que chacune des p branches de collecteur soit munie d'un organe d'obturation tel que B. Le fonctionnement est le mme que celui décrit précédemment en relation avec les figures 1 à 3.